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1、化工原理设计任务书设计题目：丙酮一水二元物料板式精馏塔设计条件：常压：p = 1atm处理量：60000吨/年进料组成：25%丙酮，75%水（质量分率，下同）馏出液组成：Xd = 0.965釜液组成：馏出液99%丙酮，釜液2%丙酮塔顶全凝器泡点回流回流比：R=1.5Rmin加料状态：q = 1.0单板压降： *一 L 0.00087 x 3600 . Sh故降液管设计合理。降液管底隙高度h0比h”低10mm，则：h= h 0.01=0.0538 0.01=0.0438m故选用凹形受液盘，深度h = 50mm塔板布置塔板的分块因为DN800mm，故塔板采用分块式，查表5-3得：塔板分3块。边缘区
2、宽度确定取 w = W，= 0.070m,、= 0.035m开孔区面积AaA J ,兀 r2.尤)A = 2 xr 2 x2 +arcsin a 180 r)x = D -AW =12 -(0.1632 + 0.07)= 0.3668m22其中，D 12r = = W = - 0.035 = 0.565m=2 xf0.3668 xd0.5652 - 0.36682 +I兀 x 0.5652180.0.3668) arcsin0.565 J=0.765m 2筛孔计算及其排列选用6 =3mm碳钢筛孔直径板，取筛孔直径d=5mm筛孔按正三角形排列，取孔中心距t=3d0=5mm/r/v-yr mzl.
3、 口4 4 ceccc a /1158000 x 0.765 cccr筛孔数目：n = 1158000A /12 =序2= 3937个开孔率：中=0.907) = 0.907 x f 0005 J2 = 10.1%/， 0.015 )气体通过阀孔的气速为：U =匕.、=0.87/(0.101 x 0.765)= 11.26m / s-03塔高的计算塔的高度可以由下式计算：Z = Hp + （N - 2 - S） Ht + SHt + H + HHp-塔顶空间（不包括头盖部分）Ht-板间距N-实际板数S-人孔数Hf-进料板出板间距H -塔底空间（不包括底盖部分）已知实际塔板数为N=23块，板间距
4、Ht=0.3由于料液较清洁，无需经常清洗， 可取每隔8块板设一个人孔，因为板数较少，所以可以忽略人工开孔数。取人孔两板之间的间距Ht = 0.6m，则塔顶空间Hp=1m，塔底空间HW=1.5m，进料板空间高度Hf = 0.8m，那么，全塔高度：Z = 17.1m4塔板结构尺寸的确定由于塔径大于800mm，所以采用单溢流型分块式塔板。取无效边缘区宽度WC=35mm，破沫区宽度* = 70mm，查得堰长檐长乙=792mm w弓形溢流管宽度W = 163mm d弓形降液管面积A f = 0.09m 2A降液管面积与塔截面积之比 才=7.62%T堰长与塔径之比夺= 0.66。降液管的体积与液相流量之比
5、t，即液体在降液管中停留时间一般应大于5s液体在精馏段降液管内的停留时间A HLST0.086 x 0.30.00087=31s 5s符合要求液体在精馏段降液管内的停留时间A HTLST0.063 X 0.3 = 5.25S 5S符合要求0.00365弓形降液管采用平直堰，堰高hw = hi -气hL-板上液层深度，一般不宜超过60-70mmh -堰上液流高度堰上的液流高度可根据Francis公式计算,一 L 2h =0.00284E()3owLE-液体的收缩系数L -液相的体积流量SL -堰长精馏段owh = 0.00284E(3600 X 0.00087 )3 = 0.0071E0.792
6、由=0.66L = 3600 x 0.00087 = 5 6(L j2.5 0.7922.5.查手册知E=1 则h =0.0071 x1=0.0071mhw=0.06-0.0071=0.0529m降液管底部离塔板距离h0,考虑液封，取h0比七小15mm即匕=0.0529-0.015=0.0379 同理，对提馏段一一 12.9 2h =0.00284E(0 6798)3 = 0.0202E由 Lw = 0.66查手册得E=1.h =0.0202x1=0.0202mh =0.06-0.0202=0.0398mh0=0.0398-0.01=0.0298m6开孔区面积计算已知吧=0.12m进取无效边缘
7、区宽度 W=0.035m 破沫区宽度 W=0.07m阀孔总面积可由下式计算Aa = 2 U2-x2 +兀.x提留段：x=0.304mR=0.48mAa=0.542m2/s以r 2 arcsm() 1800r x= ? - (W + 吧)=0.5 - (0.07 + 0.163) = 0.3668m r=? - W = 0.6 - 0.035 = 0.565m所A = 2x 0.3668 xj0.5652 - 0.36682 +x 0.5652 x arcsin(0.3668) = 0.765m218000.5657筛板的筛孔和开孔率提留段；N=2789 个因丙酮-水组分无腐蚀性，可选用5 =
8、3mm碳钢板，取筛空直径d=5mm 筛空按正三角排列，孔中心距t=3d0=3x 5=15mm筛孔数目n = 1158000气=(冬0) x 0.765 = 393712152开孔率冬=些=10.07%(在5-15%范围内)10.1%(t / d )232气体通过筛孔的气速为VU s0中Aa则精馏段u0J0.87提馏段uoT0.1007 x 0.7650.353=11.29m/ s=10.39m / s 0.1007 x 0.962Ua=0.83m/sFo=1.14Hl=0.042hb = 0.0051m 液柱hp=0.0645AP = 597.3pa 700pa(700pa=设计允许 值)六、
9、筛板的流体力学验算1塔板压降干板阻力匕计算干板阻力h = 0.015 -o |t E)l /精馏段：由所选用筛板勺 = 3 = 1.67，查得C0 = 0.773h = 0.0511.290 773) x (9X52 349)= 0.0245m 液柱 Hc=0-0175m 液柱气体通过液层的阻力hL的计算气体通过液层的阻力h =p hL 1U =一I一 =087= 0.833m / saAt - A1.1304 - 0.086F0 = U JTV = 0.833 x Jf92 = 1.15kg T2 / - m2查图得：P = 0.70h = PhL =(h + h )= P(0.0529 +
10、 0.0071)= 0.042液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力4b4 x 40.4373 x 10-3h = = 0.00387m 液柱b pgd 0 852.35 x 9.81 x 0.005气体通过每层塔板的高度h可计算： ph = h + h + h = 0.07037AP = h p g = 588.3P 700Pp P Laa(700Pa=设计允许值)2液面落差对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差 的影响。提留段:液沫夹带液沫夹带量，采用公式e = 5.7x 10一6 xU H -h.2V-a T f由 hf = 2.5七=2.5 x 0
11、.042 = 0.105m所以eV5.7 x 10 -6 ( 11.26丫240.4373 X 0.3 0.105/Hf=0.105m ev =0.0320.1=0.06 1.5中(Ht + hw)=0.5 x (0.3 + 0.0398)=0.1699Hd=0.064+0.042+0.001=0.116 1.5U0,min故在本实验中无明显漏液。液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子Hd 京 H + h )取平=0.5,中H + h )= 0.5x(0.3 + 0.0529)= 0.17645而H广七+ h/hd，板上不设进口堰，则有hd = 0.153。) = 0.153 x
12、(0.08、= 0.001m 液柱H = h + h + h = 0.08 + 0.06 + 0.001 = 0.141中(H + h )d p l dT w可知，本设计不会发生液泛七、塔板负荷性能图1精馏段塔板负荷性能图1.1漏液线查C0 - ds图知U0 . = 4.4(0.0056 + 0.13七hjpj号=4.4 x0.772x J00056 + 0.13x0.042 0.0040)x 852.34/2.01 / 一 一 八匕= 0.10361 3.8671 + 58.103乙23 2Vs J在操作范围内，任取几个乙值，己上式计算VssL m 3 / s0.0010.0040.0080
13、.01V m 3 / s0.21850.23930.25780.26541.2液沫夹带线、3.2以ev=0.1kg液/kg气为限，求Vs-Ls关系如下:5.7 x 106。Lu =s =s= 0.957VaAt - A1.1304 0.086 Shf = 2.5hL = 2.5 0.0529 + 84x 1 x3600Ls 丫31000 V 0.792 J=0.13225 + 1.948L23sHt -气=0.16775 -1.948L2；5.7 x 10-6e =v 40.4373 x 10-30.957Vs0.16325 - 2.553L2 3A3.2 = 0.1解得 VS=1.33-15
14、.8LS2/3L m 3 / s0.0010.0040.0080.01V m 3 / s1.1720.9320.6980.5966可作出液沫夹带线21.3液相负荷下限线液相负荷低于此线就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降，对 于平直堰，取堰上液层高度h =0.00526作为最小液相负荷标准。ow职 2.84 3600L 2h =E(旻)3 = 0.0093 Eow 1000 LwE=1,则L = (0.0071x 1000)；*性=0.00066.3/ ssmin2.843600据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限3.1.4液相负荷上限线以。=3s作为液体在降液管中停留时间的下限9 = AfH = 3, L= A = 0.3 X 0.086 = 0.0086m 3/sLS ,min5S故Ls ,maxAH = 0.3 x 0.086 = 0.0086m3 /s 3据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上线4。1.5液泛线为使液体能由上层塔板顺利地流入下层塔板降液管内，须维持的液层高度hdt + h )=甲(0.3 + 0.0538)h + h +
